[發明專利]一種IGBT模塊的覆銅陶瓷基板結構

有效

• 申請號: 201210301567.3
• 申請日: 2012-08-22
• 公開（公告）號: CN102820277A
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發明（設計）人: 鐘玉林;蘇偉;孟金磊;溫旭輝
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H01L23/498
• 分類號: H01L23/498;H01L23/15
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

技術領域

本發明涉及一種IGBT功率半導體模塊的封裝結構。

背景技術

隨著新能源的發展，中大功率的IGBT功率半導體模塊在工業控制、交通運輸、太陽能發電、風力發電和電動汽車等新能源領域被廣泛應用。縱觀目前常用的中大功率IGBT功率半導體模塊，功率半導體模塊的內部均采用兩個以上的多芯片并聯結構，以實現大的通流能力。

覆銅陶瓷基板(DBC)是IGBT模塊實現大的通流能力的基本單元，由于在大功率IGBT模塊中，需要多個IGBT芯片并聯以提高額定電流，因此作為芯片的承載體的DBC也需要并聯。目前電力電子行業中有一種常用的3塊DBC并聯的IGBT模塊，3塊DBC并排通過綁定線依次相連。每塊DBC均為3層結構：中間一層為陶瓷，起電氣絕緣和散熱的作用，DBC的正背兩面均為覆銅層。其背面一般為整塊覆銅，不參加導電，起散熱作用。而正面覆銅層則帶有刻蝕的圖形結構，主要用于粘接芯片，承載發射極與集電極電流。同時正面覆銅層一些窄帶狀銅箔也提供控制電路的連接。

然而目前常用的二合一封裝的IGBT模塊中，如圖1所示。由于多只并聯的IGBT芯片的發射極采用共用一條綁定線，因此普遍存在控制信號的柵極和發射極環路面積過大，寄生參數大，而且并聯芯片均流能力差的問題。常用的六合一封裝的IGBT模塊也存在同樣問題。

發明內容

本發明的目的是克服目前廣泛使用的六合一封裝和二合一封裝的IGBT模塊存在動態不均流的缺點，提出一種新的覆銅陶瓷基板（DBC）結構。本發明基板的上下兩側各使用了兩條平行輔助銅箔，IGBT模塊的發射極連接端和柵極連接端分別連接到相應的輔助銅箔。本發明使得整個IGBT的柵極和發射極回路的面積大大減小，整個回路的電感大大降低，且各并聯芯片的電感的不平衡度減小。

所述的覆銅陶瓷基板（DBC）由3層結構組成，中間一層為陶瓷層，起電氣絕緣和散熱的作用，正面和背面均為覆銅層。所述的覆銅陶瓷基板的背面一般為整塊覆銅，不參加導電，僅起散熱作用。覆銅陶瓷基板的正面的覆銅層帶有刻蝕的圖形結構，主要用于粘接芯片，承載發射極與集電極電流。同時正面的覆銅層還有窄帶狀的輔助控制極銅箔，此窄帶狀輔助控制極銅箔用于與控制端子的連接。

所述的DBC正面的覆銅層有流過主電流的銅箔和輔助控制極的銅箔。所述的流過主電流的銅箔包括：與上管IGBT芯片的集電極相連的上管集電極銅箔、與上管IGBT芯片發射極相連的銅箔，以及與下管IGBT芯片的發射極相連的銅箔。所述的輔助控制極的銅箔包括：上管IGBT芯片的輔助柵極控制銅箔、上管IGBT芯片的輔助發射極控制銅箔、下管IGBT芯片的輔助柵極控制銅箔，以及下管IGBT芯片的輔助發射極控制銅箔。

上管IGBT芯片的柵極控制端子通過綁定線連接到上管IGBT芯片的輔助柵極控制銅箔，并通過綁定線進一步連接到IGBT芯片的柵極焊盤。上管IGBT芯片的發射極控制端子通過綁定線連接到上管IGBT芯片的輔助發射極控制銅箔，并通過綁定線連接到與上管IGBT的發射極端相連的流過主電流的上管發射極銅箔。下管IGBT芯片的柵極控制端子通過綁定線連接到下管IGBT的輔助柵極控制銅箔，并通過綁定線進一步連接到IGBT芯片的柵極焊盤。下管IGBT的發射極控制端子通過綁定線連接到下管IGBT的輔助發射極控制銅箔，并通過綁定線連接到與下管IGBT的發射極端相連的流過主電流的下管發射極銅箔。

本發明的DBC結構，由于增加了輔助發射極控制銅箔可以使上管和下管所有并聯的IGBT芯片的柵極和發射極的控制回路面積均很小，控制回路電感小，并具有優良的動態均流能力。

附圖說明

圖1為常規二合一IGBT模塊的內部布局結構；

圖2為本發明DBC的俯視圖；

圖3為本發明實施例一柵極端子位于芯片中心的IGBT模塊內部布局結構圖；

圖4為本發明實施例一柵極端子位于芯片邊緣中間的IGBT模塊內部布局結構圖；

圖5為本發明實施例一柵極端子位于芯片邊角的IGBT模塊內部布局結構圖；

圖6為本發明實施例二IGBT模塊的內部布局結構圖。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施方式進一步說明本發明。